空气中颗粒对激光的散射

以上基本都属于生活常识类问题，下面我们要讨论散射成像的问题。谈散射成像绕不开光场调控，可以说没有散射光场的调控，就没有现在的散射成像。

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从散射重聚焦发展起来的透过散射介质成像

透过散射介质的聚焦过程

2007年，荷兰科学家A.P.Mosk的一篇“Focusing coherent light through opaque strongly scattering media”拉开了光透过散射介质后光场调控的序幕，从此国内外很多学者都开始了相关的研究工作。2010年，Mosk发表在Nature Photonics上的“Exploiting disorder for perfect focusing”再次引起轰动，主要讲述的是利用光场调控的方法，突破原透镜衍射极限10倍的重聚焦。

我们来看一看，散射光场调控与散射成像到底是什么关系。

一个散斑的诞生

当点光源经过毛玻璃投射到观测屏上时，我们看到的将不是一个点，而是一块亮斑。根据光路可逆原理，这块亮斑上的每一个点反方向传播，经过毛玻璃后能够会聚到原先的点光源处。这个过程称为“时间反演”（Time Reversal）。如果我们把光换成雷达信号或者声信号，故事到这里就结束了。然而，我们面临的是光，光的探测都是基于光电效应的，也就是探测得到的是能量——振幅的平方，丢失了相位信息。

讲到这里，你是不是就能想到：如果能够获得相位信息，就可以透过毛玻璃成像了！于是，相位恢复就成了散射成像领域里的核心技术。

从这个过程中，我们可以看到，这既是光场调控的基础，也是成像的基础。从数学的角度来分析这个问题：毛玻璃是一种振幅和相位复合调制的元件，可以描述为复数矩阵的形式，我们称为传输矩阵；如果能够找到其共轭矩阵与之相乘，结果是一个单位阵，因此，平行光从透镜出来经过毛玻璃复数调制时，再经过一个能表征其共轭矩阵的空间光调制器后，就能够实现重新聚焦。

同样，如果把成像看成一个线性模型，也就是卷积的形式，也可以写成矩阵相乘的形式。一个目标x经过传输矩阵T，在像面上得到了强度分布y，是不是可以写成y=。其实，这个公式是错的，因为x是实数，T是复数，而y依然是实数，这不太可能。原因是什么？探测器上接收的是光强，而不是光波函数，没有了相位信息，正确的写法应该是y=||。看起来是不是感觉复杂了不少？但在数学上，我们有办法解决这些问题。